CN103309312B - 一种基于多信息源的电压安全预警及防控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于多信息源的电压安全预警及防控系统,包括人机界面子系统、系统管理与维护子系统、数据通信子系统、动态数据处理子系统、在线并行计算子系统、在线电压安全评估子系统以及在线预防与控制子系统;本发明把全过程动态仿真工具实现在线应用,同时与静态电压稳定分析、暂态电压稳定分析相结合,并考虑基于响应的电压稳定性分析,把对预想事故的时间尺度和仿真分析深度进行扩展。根据在线电压安全全过程评估的结果,对于可能出现的电压失稳问题提前给出预警,对电压安全稳定裕度不足的运行方式,给出迅速、有效的预防性控制措施或优化策略,实现在线电压稳定预防控制和紧急控制,避免电网电压崩溃引起大停电事故。
Description
技术领域
本发明属于电力系统技术领域,具体涉及一种基于多信息源的电压安全预警及防控系统。
背景技术
20世纪70年代后期以来,国际上相继发生过多次大的电压崩溃事故,实际电网中发生的电压失稳事故多表现为不同形式的失稳特征,有快速暂态电压失稳的事故,也有随着负荷缓慢增长表现为静态电压失稳的事故,但更多的电压失稳事故过程更为复杂,往往伴随着事故扰动过程中连锁故障的扩展,加上人为采取的不合理的调整措施,最终表现为电压失稳特征的崩溃性事故。因此,电压稳定的预防和控制应该贯穿于电压失稳的全过程。
总结世界上发生的电压崩溃性事故,从电压失稳的形态来看,可以分为静态电压失稳、暂态电压失稳及中长期过程电压失稳,建立全过程电压安全防控系统就是要对不同失稳形式的电压崩溃性事故分别有针对性地进行控制和防控。静态电压稳定分析拥有相对成熟的分析方法,目前已经实现了在线控制分析,在国内外都有大量应用的案例;暂态电压失稳属于调度自动化系统动态安全控制的范畴,由于传统上认为暂态电压失稳和暂态功角失稳难以区别,因此在动态安全评估的高级应用功能中,并没有把暂态电压失稳事故明显区别出来;如前所述,大多数电压崩溃过程都经历一个很长时间的事故连锁扰动和人为干预的过程,普遍认为电压崩溃事故的发生发展及预防措施需要采用全过程仿真的手段进行研究,但目前世界上真正商业化的成熟全过程动态仿真工具较少,即使在算法上和程序实现上可行,但从规划阶段的规划方案论证到常态的运行方式计算,普遍没有把全过程动态仿真工具作为一种仿真手段,其应用的主要障碍在于中长期慢速动作元件的建模。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足,本发明提供一种基于多信息源的电压安全预警及防控系统,根据在线电压安全全过程评估的结果,在线监视系统电压薄弱点,对于可能出现的电压失稳问题提前给出预警,对那些电压安全稳定裕度不足的运行方式,给出迅速、有效的预防性控制措施或优化策略,实现在线电压稳定预防控制和紧急控制,避免电网电压崩溃引起大停电事故。
为了实现上述发明目的,本发明采取如下技术方案:
提供一种基于多信息源的电压安全预警及防控系统,所述系统包括人机界面子系统、系统管理与维护子系统、数据通信子系统、动态数据处理子系统、在线并行计算子系统、在线电压安全评估子系统以及在线预防与控制子系统;所述数据通信子系统将集成的数据发送给所述动态数据处理子系统进行数据管理和整合,并将形成的电压安全分析数据传输给所述在线并行计算子系统进行电压安全稳定性计算,所述在线电压安全评估子系统根据电压安全稳定性计算结果进行电压安全稳定性评估,提供电压的在线预防控制策略和在线紧急控制策略给在线预防与控制子系统,进行电压的在线预防控制和在线紧急控制;所述人机界面子系统和系统管理与维护子系统均与动态数据处理子系统连接,分别提供所述系统运行状态的展示以及所述系统的开发与维护。
所述人机界面子系统通过人机接口为电网调度人员提供直观的系统运行状态展示,并提供电压的在线预防控制策略和调度员干预接口;所述系统管理与维护子系统用于系统的开发和维护。
所述数据通信子系统集成的数据包括电网调度自动化SCADA/EMS在线数据、PMU量测数据和电网离线分析计算数据,以及电网中的风电场和直流控制运行信息,数据通信子系统将相关数据实时传输给动态数据处理子系统。
所述动态数据处理子系统通过数据库接口和用户接口进行数据的管理和整合,形成电压安全分析数据。
所述在线并行计算子系统通过系统应用在线化、数据传送在线化和计算模块在线化进行电压安全稳定性计算。
所述系统应用在线化包括构建任务并行计算,通过预分配的方式管理和配置各个计算节点的计算任务,在线运行时通过数据触发开始计算;
所述数据传送在线化改进数据传送的通道与方式,把数据通过预分配的方式传送到计算节点中,在线运行时直接从数据接口通过广播的方式传送到各个子节点的数据系统中去,从而实现高效的数据传输;
所述计算模块在线化通过对传统离线分析计算模块的流程进行修改完善,使其在线运行中满足系统应用模块的应用要求,提高其效率及可靠性。
所述在线电压安全评估子系统进行电压安全稳定性评估,包括电压无功协调控制评估、静态电压稳定评估、暂态电压稳定评估和中长期电压稳定评估,并提供电压的在线预防控制策略和在线紧急控制策略给在线预防与控制子系统。
所述在线预防与控制子系统包括在线预防控制子系统和在线紧急控制子系统;所述在线预防控制子系统接收在线电压安全评估子系统提供的电压的在线预防控制策略进行电压的在线预防控制;所述在线紧急控制子系统接收在线电压安全评估子系统提供的在线紧急控制策略进行电压的在线紧急控制。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
(1)首次实现包括静态、暂态及中长期在内的多时间尺度电压全过程预警及防控,通过静态稳定指标、基于戴维南等值跟踪的失稳模式判别、基于WAMS的电压稳定裕度分析等方法实现全时间尺度的在线电压稳定预警与防控。
(2)在系统正常运行时,全面评价电力系统的电压稳定性,对系统运行状态的电压安全性进行评估;对可能出现的危险运行状态,给出无功协调控制措施并进行校正,增强系统承受故障冲击、保障系统电压稳定的能力。
(3)预测系统电压事故;根据系统的现有状态,通过采用先进的电压仿真分析技术进行事故预测,在线监视电压薄弱点和输电线路的稳定极限,对于可能出现的电压稳定问题提前给出预警和控制策略,避免发生连锁故障引起系统电压崩溃。
(4)对电压事故的快速反应,如故障的早期隔离、过负荷元件的超前解除过负荷状态,以及其它避免电压事故扩大的措施等。
附图说明
图1是基于多信息源的电压安全预警及防控系统结构示意图;
图2是基于多信息源的电压安全预警及防控系统的具体功能示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1,提供一种基于多信息源的电压安全预警及防控系统,包括人机界面子系统、系统管理与维护子系统、数据通信子系统、动态数据处理子系统、在线并行计算子系统、在线电压安全评估子系统以及在线预防与控制子系统;所述数据通信子系统将集成的数据发送给所述动态数据处理子系统进行数据管理和整合,并将形成的电压安全分析数据传输给所述在线并行计算子系统进行电压安全稳定性计算,所述在线电压安全评估子系统根据电压安全稳定性计算结果进行电压安全稳定性评估,提供电压的在线预防控制策略和在线紧急控制策略给在线预防与控制子系统,进行电压的在线预防控制和在线紧急控制;所述人机界面子系统和系统管理与维护子系统均与动态数据处理子系统连接,分别提供所述系统运行状态的展示以及所述系统的开发与维护。
(1)人机界面子系统
人机界面子系统通过友好的人机接口为电网调度人员提供直观的系统运行状态展示,并提供电压的在线预防控制策略和调度员干预接口;所述系统管理与维护子系统是为系统研发和技术支持人员提供的接口,用于系统的开发和维护。
(2)数据通信子系统
数据通信子系统集成的数据包括电网调度自动化SCADA/EMS在线数据、PMU量测数据和电网离线分析计算数据,以及电网中的风电场和直流控制运行信息,数据通信子系统将相关数据实时传输给动态数据处理子系统。
(3)动态数据处理子系统
动态数据处理子系统通过数据库接口和用户接口进行数据的管理和整合,形成电压安全分析数据。
(4)在线并行计算子系统
在线并行计算子系统通过系统应用在线化、数据传送在线化和计算模块在线化进行电压安全稳定性计算。
系统应用在线化包括构建任务并行计算,通过预分配的方式管理和配置各个计算节点的计算任务,在线运行时通过数据触发开始计算;整个应用系统的特点是精简流程、高效稳定,尽量减少在线运行时的工作流程,通过大量数据和软件的准备工作来提高系统的稳定性与效率。
数据传送在线化改进数据传送的通道与方式,把数据通过预分配的方式传送到计算节点中,在线运行时直接从数据接口通过广播的方式传送到各个子节点的数据系统中去,从而实现高效的数据传输;
计算模块在线化通过对传统离线分析计算模块的流程进行修改完善,使其在线运行中满足系统应用模块的应用要求,提高其效率及可靠性。
(5)在线电压安全评估子系统
在线预防与控制子系统进行电压安全稳定性评估,包括电压无功协调控制评估、静态电压稳定评估、暂态电压稳定评估和中长期电压稳定评估,并提供电压的在线预防控制策略和在线紧急控制策略给在线预防与控制子系统。
在线电压安全评估子系统可以方便地定制适合实际需要的电力系统电压安全稳定分析计算功能,当电压安全稳定计算需求发生变化时,不需要重新开发系统,只需根据特定的要求,对部分相关计算软件进行修改完善,并在相应的配置界面做相应的改动,在保持结构稳定的基础上实现系统的平滑升级。根据“系统开放、组件化集成”的设计理念和设计思想,开发的组件化的大电网在线电压安全全过程预警及防控系统,可以实现资源利用的最大化,减少系统更新升级的开发工作量,缩短工期,提高产品的适应性和稳定性。
在线预防与控制子系统包括在线预防控制子系统和在线紧急控制子系统;所述在线预防控制子系统接收在线电压安全评估子系统提供的电压的在线预防控制策略进行电压的在线预防控制;在线紧急控制子系统接收在线电压安全评估子系统提供的在线紧急控制策略进行电压的在线紧急控制。
电压的在线预防控制策略和在线紧急控制策略的制定均基于电压稳定的全过程仿真分析,能实现事故前的预防控制、事故时的紧急控制,确保整个电网的安全稳定运行。
整个系统采用统一的在线动态数据,实现各个系统应用之间的数据共享,即所有在线数据以标准格式的方式提供给各个应用子系统,各个子系统应用均采用开放式在线数据源。
电压安全预警及防控系统的主要功能是集成电网调度自动化SCADA/EMS在线数据、PMU量测数据和电网离线分析计算数据,经过动态数据处理进行数据整合,形成电压安全分析评估数据;以独立开发的PSD(PowerSystemDoctor)在线并行计算子系统作为其快速计算支撑,集成电压无功协调控制、静态电压稳定分析、暂态电压稳定分析、中长期电压稳定分析、基于响应的电压稳定性分析等多种稳定计算分析功能,实现电网在线电压安全的准确判别分析;根据在线电压安全全过程评估的结果,在线监视系统电压薄弱点,对于可能出现的电压失稳问题提前给出预警,对那些电压安全稳定裕度不足的运行方式,给出迅速、有效的预防性控制措施或优化策略,实现在线电压稳定预防控制和紧急控制,避免电网电压崩溃引起大停电事故。
该系统充分利用电力系统电压计算仿真分析技术、并行计算技术、实时通讯技术、高速网络技术和数据快速处理及整合等技术,获取电力系统的多点多时间尺度信息,利用这些信息,结合事故预案和主动事故推演,快速发现电网电压存在的薄弱环节,快速诊断电网失去一个或多个元件后存在的电压失稳隐患,通过主动搜索查找应对措施,确保电网在各状态下的稳定运行。
图2是本发明基于多信息源的电压安全预警及防控系统的具体功能示意图,具体包括:
(1):实时多信息源处理。集成电网调度自动化SCADA/EMS在线数据、PMU量测数据和电网离线分析计算数据,另外也包括风电场及直流运行的控制信息。
(2):实时计算分析数据处理。转换和校核实时多信息源数据,通过数据库接口软件和用户接口软件进行集中的数据管理,形成各种场景分析需要的方式数据和动态模型数据。
(3):并行计算运行支撑。以独立开发的PSD在线并行计算子系统作为其快速仿真分析的支撑。
(4):分类扰动集处理。通过预置的扰动集和筛选的扰动集,为场景计算分析提供扰动集数据。
(5):电压无功协调控制。实现电压无功裕度计算分析,分析系统电压安全性,给出无功协调控制措施。
(6):静态电压稳定分析。采用不同方法对静态电压稳定进行分析评估,实现故障严重程度排序及静态电压稳定辅助控制决策。
(7):暂态电压稳定分析。实现暂态电压稳定计算分析判断,给出故障严重程度排序及不同场景下的暂态电压稳定辅助控制决策。
(8):中长期电压稳定分析。实现中长期电压稳定计算分析判断,给出故障严重程度排序及不同场景下的中长期电压稳定辅助控制决策。
(9):基于响应的电压稳定分析。实现在线利用PMU采集的数据进行分析,从电压稳定角度实现了对电网各种响应数据的智能化评估与辅助决策计算。
(10):全过程电压安全综合分析及决策。对不同场景结果进行综合分析,给出电网实时电压稳定评价,给出电网电压危险事件和控制措施决策表。
综上所述,依照本发明提出的基于多信息源的电压安全预警及防控系统功能框架,具有较好的可操作性和适应性,可以方便地在线对系统电压稳定的情况进行仿真分析和预防控制,能够应用于电力系统电压安全全过程预警及防控。
(5)-(9)描述的多种电压稳定计算分析功能,可以方便地定制适合实际需要的电力系统电压安全稳定分析计算功能,如电压无功协调控制,电压静态、暂态、中长期稳定的分析计算,基于WAMS的电压计算等等。当电压安全稳定计算需求发生变化时,不需要重新开发系统,只需根据特定的要求,对部分相关计算软件进行修改完善,并在相应的配置界面做相应的改动,在保持结构稳定的基础上实现系统的平滑升级。根据“系统开放、组件化集成”的设计理念和设计思想,开发的组件化的大电网在线电压安全全过程预警及防控系统,可以实现资源利用的最大化,减少系统更新升级的开发工作量,缩短工期,提高产品的适应性和稳定性。
(10)描述的电压安全全过程综合分析及决策不仅包含了电压预防控制,还包括紧急控制措施。控制措施基于电压稳定的全过程计算仿真分析,能实现事故前的预防控制、事故时的紧急控制,确保整个电网的安全稳定运行。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种基于多信息源的电压安全预警及防控系统,其特征在于:所述系统包括人机界面子系统、系统管理与维护子系统、数据通信子系统、动态数据处理子系统、在线并行计算子系统、在线电压安全评估子系统以及在线预防与控制子系统;所述数据通信子系统将集成的数据发送给所述动态数据处理子系统进行数据管理和整合,所述动态数据处理子系统将形成的电压安全分析数据传输给所述在线并行计算子系统进行电压安全稳定性计算,所述在线电压安全评估子系统根据电压安全稳定性计算结果进行电压安全稳定性评估,提供电压的在线预防控制策略和在线紧急控制策略给在线预防与控制子系统,进行电压的在线预防控制和在线紧急控制;所述人机界面子系统和系统管理与维护子系统均与动态数据处理子系统连接,分别提供所述动态数据处理子系统运行状态的展示以及所述动态数据处理子系统的开发与维护;
所述在线并行计算子系统通过系统应用在线化、数据传送在线化和计算模块在线化进行电压安全稳定性计算;
所述系统应用在线化包括构建任务并行计算,通过预分配的方式管理和配置各个计算节点的计算任务,在线运行时通过数据触发开始计算;
所述数据传送在线化改进数据传送的通道与方式,把数据通过预分配的方式传送到计算节点中,在线运行时直接从数据接口通过广播的方式传送到各个子节点的数据系统中去,从而实现高效的数据传输;
所述计算模块在线化通过对传统离线分析计算模块的流程进行修改完善,使其在线运行中满足系统应用模块的应用要求,提高其效率及可靠性。
2.根据权利要求1所述的基于多信息源的电压安全预警及防控系统,其特征在于:所述人机界面子系统通过人机接口为电网调度人员提供直观的系统运行状态展示,并提供电压的在线预防控制策略和调度员干预接口;所述系统管理与维护子系统用于系统的开发和维护。
3.根据权利要求1所述的基于多信息源的电压安全预警及防控系统,其特征在于:所述数据通信子系统集成的数据包括电网调度自动化SCADA/EMS在线数据、PMU量测数据和电网离线分析计算数据,以及电网中的风电场和直流控制运行信息,数据通信子系统将相关数据实时传输给动态数据处理子系统。
4.根据权利要求1所述的基于多信息源的电压安全预警及防控系统,其特征在于:所述动态数据处理子系统通过数据库接口和用户接口进行数据的管理和整合,形成电压安全分析数据。
5.根据权利要求1所述的基于多信息源的电压安全预警及防控系统,其特征在于:所述在线电压安全评估子系统进行电压安全稳定性评估,包括电压无功协调控制评估、静态电压稳定评估、暂态电压稳定评估和中长期电压稳定评估,并提供电压的在线预防控制策略和在线紧急控制策略给在线预防与控制子系统。
6.根据权利要求1所述的基于多信息源的电压安全预警及防控系统,其特征在于:所述在线预防与控制子系统包括在线预防控制子系统和在线紧急控制子系统;所述在线预防控制子系统接收在线电压安全评估子系统提供的电压的在线预防控制策略进行电压的在线预防控制;所述在线紧急控制子系统接收在线电压安全评估子系统提供的在线紧急控制策略进行电压的在线紧急控制。
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